首页 -> 2008年第8期
化学基本原理与现代技术
作者：高盘良
中取得纯的蛋白质。
三、物理化学与新能源
1.可燃冰(甲烷水合物)。近代发现在输油管道中存在一种可燃烧的“冰”，在冻土层和深海中相继发现这种可燃冰。为什么“冰”能燃烧?经研究可燃冰实际上是甲烷溶解在水(冰)中而形成的晶状水合物，可燃冰是甲烷水合物的通俗称谓。众所周知，常温常压下甲烷在水中溶解度极微，但根据物理化学中的亨利定律，降温加压使气体溶解度大幅度提高，最常见的啤酒就是据此而生产的。
据了解甲烷水合物的资源量是陆地天然气的100倍，是陆地含碳燃料的2倍。2008年公布的我国能源领域年度十大新闻时，其中有在南海北部成功钻获可燃冰实物样品的信息。我国沿海有广阔的可燃冰分布面积，我国陆域永久冻土带面积是世界上仅次于俄罗斯、加拿大的第三冻土大国，甲烷水合物资源丰富，甲烷水合物的发现为我国能源界展示了一个后石油时代的美好前景。但可燃冰的开采远比煤和石油要复杂，物理化学对此大有作为，可喜的是甲烷水合物开发利用研究正受到越来越多的重视，已将其列为22项前沿技术之一。
2.化学电源。化学电源是一种将化学能直接转换为电能的贮能或换能装置，由于其稳定可靠，便于移动和携带，在工农业、交通运输、通信、国防及人民生活中得到广泛应用，倍受重视，是电化学研究的一个重要的方向。化学电源工业一直处于朝阳产业的地位．
新型蓄电池如银锌电池轻而小，又适于大功率放电；全钒电池是一种理想清洁的绿色能源，我国钒资源丰富，是值得研究发展的方向；锂电池中锂是诸金属中具有质量轻、标准电极电势最负，导电性和机械性能良好等优点，自20世纪80年代以来一直是研究的热点，成为最有竞争力的高能电池之一。
燃料电池是燃料在电池中进行氧化而产生电能的装置。该装置是把化学物质(燃料及氧气)不断输送到电池内，且燃料电池的电极金属不因电化学反应而被消耗，起到接收或输送电子的作用，并可能对电化学反应起催化作用。一般热机的效率较低，如蒸气机仅为0.2，内燃机为0.4，而燃料电池其化学能转化效率可达0.9。由于燃料电池是十分清洁的发电装置，因此它将成为重要的发电手段服务于人类。
四、“小问题”有大道理
物理化学无处不在，化工厂、制药厂……工艺中的每一个步骤都包含有物理化学原理，同样我们周围生活中物理化学原理也无处不在。结合这些“小问题”可以使书本上的理论变得生动而容易理解，培养学生的物理化学视角。
2008年我国南方地区遭受的大面积冻雨灾害的冻雨即是过冷水滴与物体碰撞后立即冻结的降水，过冷水滴即单组分体系相平衡中的亚稳态水，与稳定态的固态雪不同，如果不是特大降雪不可能引起灾害。
渗透与反渗透有着广泛的应用，人体肾功能即反渗透功能，利用反渗透原理可以使海水淡化，病人输液最关键的控制指标就是输液与细胞液的等渗透性。
北极爱斯基摩人根据季节的变换，从含盐海水中取出不含盐的淡冰，初看似乎不可思议，但在氯化钠一水的相图分析中可找到其科学依据，在0～－21℃间存在冰(固态纯水)与氯化钠饱和溶液的两相共存区。
小锅炒菜为什么色香味俱佳?其中是酶催化和化学反应速率的负温度系数在起作用：65℃以下，氧化酶对蔬菜色香味的破坏性随温度的升高而严重；65℃以上氧化酶随温度的升高而逐渐失活。
雷雨季节感到特别闷热，而人工降雨时必须提供半径较大的凝结核心，使水气形成雨滴落下。这是利用了表面化学中弯曲液面蒸气压的原理。
洗涤、矿物浮选、纺织品印染的渗透、油田的二次采油、改善农药喷洒对叶面的润湿等，均采用胶体化学的原理加入表面活性剂的方法。
这样的事例数不胜数，结合讲解物化原理给学生留下深刻的印象，多年后见面时还能记起，其效果事半功倍，十分明显。
五、创新是关键
以上只是挂一漏万地介绍了一些现代技术中的基本原理问题，从中对我们从事基础课的教学理念提出许多有益的启示。
创新是关键。物理化学原理是普遍性的原理，将其付诸应用的关键是具有创新能力的研究工作者。前已指出，超临界流体萃取技术其理论基础是临界现象、两相平衡分配定律及焦尔·汤姆逊效应；蛋白质微乳分离技术涉及的知识点是相平衡液液萃取的分配定律、有机化学中蛋白质的等电点及胶体化学中表面活性剂和乳化作用；……这说明高新技术的基础在于基本原理，但光有这一点不够，还必须有掌握这些基本原理的科学工作者具有创新思维的能力，否则怎能将许多分散在不同学科不同领域看来风马牛不相及的知识点结合起来形成高新技术呢?因此，基础理论和创新思维(灵感)是高新技术的两个支柱。
基础理论是根本。要实现创新必须对基础理论有正确的理解和熟练的掌握，因此物理化学教学任何时候都不能放松基础理论这个“根本”，即在融会贯通教学内容的基础上，挑选出最基本的内容、方法及典型应用作为主体。在基础课层次上，重要的未必基本，但基本的一定重要，因为基本内容具有基础性(构筑新领域的基石)、持久性(自然科学的基本规律、长时间发挥作用)、广延性(以此为出发点，通过渗透、融合伸向本学科或相关学科)。丢掉了“基本”，创新就成了无源之水，只是空喊的口号。 “常教常新”是保证。基础理论不断创新，高新技术日新月异，物理化学教学要跟上科学和技术的发展，必须将新的学术思想、内容、方法及应用及时纳入教学，即要“常教常新”。
课堂教学要改进。当前教学手段很先进，可以把一些教学内容生动形象地展现给学生，应该鼓励，但对于像物理化学这样较抽象的课程来说，在课堂教学中，设计好教学内容比制作PPT课件更重要，不应让“死”的公式和概念充斥课堂，而应让原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，培育兴趣，提高创新能力。
两点说明：(1)本文涉及的许多理论、原理不可能一一详细介绍，有兴趣的读者可参阅我们编写的教科书及参考书，特别在即将出版的修订版中呈现的有关内容更多。(2)一个人的视野有限，如果全国上千名物理化学教师在各自的理论研究或应用研究中提供一个物理化学与高科技结合的实例，那么物理化学的教材和课堂教学必定有大的改观。
责任编辑：余大品
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